鋪層參數(shù)對碳纖維船用螺旋槳性能影響研究.pdf

1、傳統(tǒng)的金屬螺旋槳大多使用鎳鋁青銅合金（NAB）等材料生產(chǎn)而成，這類材料質(zhì)量大、振動(dòng)大、噪音大，造成由其所制成的螺旋槳有諸多弊端。而隨著國家的發(fā)展，社會(huì)對螺旋槳的性能要求越來越高造，尤其是軍用螺旋槳，其工作環(huán)境更復(fù)雜且隱身性能要求高。碳纖維復(fù)合材料因其比強(qiáng)度大、比剛度大、固有頻率高、阻尼大等優(yōu)越的靜動(dòng)態(tài)特性，成為了當(dāng)今船用螺旋槳新型的制作材料。由碳纖維復(fù)合材料制成的船用螺旋槳不僅可以大幅減輕其質(zhì)量，還具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗沖擊、易維修、聲

2、阻尼性能好以及低振動(dòng)低噪音等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文對碳纖維復(fù)合材料船用螺旋槳進(jìn)行了基本的設(shè)計(jì)與性能評估，并對其鋪層參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做了一定的探討。
　　本文運(yùn)用復(fù)合材料的經(jīng)典力學(xué)理論，分析得出鋪層參數(shù)對復(fù)合材料螺旋槳的力學(xué)性能及彎扭耦合效應(yīng)都有著顯著的影響，可通過對鋪層參數(shù)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化碳纖維船用螺旋槳的性能，即復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性。另外，本文將碳纖維螺旋槳的槳葉近似等效看成槳轂端固定的懸臂梁，并基于梁單元理論，推導(dǎo)出螺旋槳槳葉彎扭耦合控制系數(shù)

3、的表達(dá)式，并分析出影響耦合控制系數(shù)的各項(xiàng)因素。
　　本文根據(jù)某金屬船用螺旋槳的型值對碳纖維船用螺旋槳進(jìn)行了結(jié)構(gòu)建模，并對槳轂端強(qiáng)度進(jìn)行了校核。其次，在設(shè)計(jì)工況下，在Fluent流體分析軟件建立了螺旋槳的壓力分析模型，并對實(shí)際工作時(shí)槳葉所受的載荷進(jìn)行了分析計(jì)算。然后，將該工作載荷導(dǎo)入到Ansys有限元分析軟件中，作為槳葉的壓力載荷，運(yùn)用Ansys有限元仿真，得出不同鋪層參數(shù)下碳纖維螺旋槳槳葉的最大變形以及Tsai-Wu失效指數(shù)，探討

4、了鋪層參數(shù)對螺旋槳強(qiáng)度性能的影響規(guī)律。之后，又在Ansys有限元分析軟件中對不同鋪層參數(shù)的碳纖維螺旋槳的前三階固有頻率和對應(yīng)的振型進(jìn)行了仿真分析，探討了鋪層參數(shù)對螺旋槳?jiǎng)恿W(xué)性能的影響規(guī)律。
　　分析結(jié)果表明：鋪層角度的不同對螺旋槳的各項(xiàng)性能的影響最為顯著，隨著纖維鋪層角度的增大，碳纖維螺旋槳的強(qiáng)度性能有顯著的提高，而其固有頻率隨著鋪層角度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在45°達(dá)到最大，尤其是±45°角交替鋪層時(shí)，這種改變最為明